Lernen Sie die Wissenschaftler kennen, die die Seen gezielt verschmutzen

Seit einem halben Jahrhundert verschütten Forscher Chemikalien in den Gewässern des nordwestlichen Ontario.

An einem Morgen im Juni letzten Jahres bestieg Keval Shah ein Motorboot auf einem See im Nordwesten Ontarios. Er trug marineblauen Overall, Gummihandschuhe und eine Atemschutzmaske. Er und neun andere, die alle eine ähnliche Schutzausrüstung trugen, würden etwas tun, was sie noch nie zuvor getan hatten: Fast zwei Liter Öl in den See zu schütten.

Während der nächsten zwei Stunden leiteten Shah und seine Kollegen - ein Team von Umwelttechnikern, Chemikern, Bootsfahrern und Fotografen - die viskose Flüssigkeit vorsichtig in eine Reihe von abgesperrten Zonen im See. "Wir waren alle laserfokussiert", sagt er. Die Operation, die Teil eines laufenden Projekts ist, sollte Ölverschmutzungen für die wissenschaftliche Forschung simulieren. In den vergangenen drei Sommern untersuchten Wissenschaftler absichtliche Freisetzungen, um herauszufinden, wie sich Öl auf Seen in borealen Regionen und Waldlandschaften im Norden Kanadas, Russlands und Alaskas auswirkt.

Das Projekt ist eines der ersten seiner Art, sagt Jules Blais, Professor für Biologie an der Universität von Ottawa und einer der Projektleiter. Die meisten Untersuchungen zur Ölverschmutzung werden in Reagenzgläsern oder nach versehentlichem Verschütten durchgeführt. Diese Bedingungen haben ihre Grenzen. Laborexperimente können nur vereinfachte Versionen komplexer Ökosysteme imitieren. Bei Katastrophen geht es darum, das Öl so schnell wie möglich zu beseitigen, und nicht darum, wissenschaftliche Daten zu sammeln. Es gibt auch einen Mangel an Basisinformationen an Orten, an denen versehentlich etwas verschüttet wurde. "Es ist, als ob man am Unfallort ankommt", sagt Blais - man weiß nicht, was passiert ist, wie es passiert ist und was vorher da war, was es schwieriger macht, die Bedingungen vorher und nachher zu vergleichen. Durch die genaue Beobachtung der in borealen Seen anfallenden Verschmutzungen erhoffen sich die Forscher Einblicke in die Auswirkungen von Ölen auf die Umwelt unter realen Bedingungen, die politischen Entscheidungsträgern und der Ölindustrie helfen könnten, in Zukunft bessere Methoden für den Umgang mit Verschmutzungen zu entwickeln.

Die absichtliche Verschmutzung eines Sees könnte wie ein Trick zum Schutz der Umwelt erscheinen. Das Internationale Institut für nachhaltige Entwicklung (IISD-ELA), die Einrichtung, in der die Forschung durchgeführt wird, ist dafür berühmt. Das Gebiet besteht aus 58 kleinen Gewässern in einem 75 Quadratmeilen großen Streifen borealen Waldes. Seit über 50 Jahren nutzen Forscher diese Seen als reale Labors. Sie haben alle möglichen Schadstoffe in ihre Gewässer geschüttet, darunter Düngemittel, Quecksilber, Schwefelsäure und aus Gründen, die Sie gleich sehen werden, Östrogen. Zu sehen, wie diese Toxine die Ökosysteme und oft ganze Seen beeinflussen, war für die Süßwasserforschung und -politik von entscheidender Bedeutung. "Diese Art der Forschung hat tatsächlich zu einer dramatischen Verbesserung der Wasserqualität auf der ganzen Welt geführt", sagt Blais. Das Ölpestprojekt steht am Ende einer langen Reihe von Experimenten, bei denen die Vergiftung eines Sees zur Erhaltung vieler beigetragen hat.

Dieses Paradoxon wurde von Anfang an in die IISD-ELA eingebaut. Als die Forschungseinrichtung 1968 eröffnete (damals einfach als „ELA“ bezeichnet), verursachte ein Verschmutzungsanstieg Algenblüten, würgte Sauerstoff aus dem Wasser und tötete Fische im Eriesee, der an der Grenze zwischen den Vereinigten Staaten liegt und Kanada. Das Phänomen der Algenblüte, genannt Eutrophierung, wurde nur unzureichend verstanden: Auf Farmen, in Städten und in Industriegebieten war eine chemische Schadstoffsuppe in den See gelangt, und die Forscher wussten nicht, welcher Schadstoff für die Auslösung der Blüten verantwortlich war.

Zwei Wissenschaftler, Wally Johnson und Jack Vallentyne, wurden beauftragt, die Wurzel des Eutrophierungsproblems zu entwirren. Sie dachten, dass Ganzsee-Experimente Antworten liefern könnten. Also suchten sie in Karten nach einem geeigneten Ort. Sie brauchten eine unbewohnte Region mit minimalem menschlichen Einfluss: Keine Ferienhäuser, keine Landwirtschaft und begrenzte Abholzung.

Sie ließen sich etwa zwei Autostunden von Kenora, Ontario, einer Stadt am westlichen Rand der Provinz, entfernt nieder. "Es ist kanadische Wildnis vom Feinsten", sagt Richard Grosshans, ein Forscher am IISD, der Mutterorganisation der ELA. Das Gebiet ist von Tausenden von kleinen, unberührten Seen bedeckt, die im Fels liegen und von dichten Fichten- und Kiefernwäldern begrenzt sind. Bis heute führt nur eine Schotterstraße in das Gebiet, für deren Nutzung eine Genehmigung erforderlich ist.

In den späten 1960er-Jahren führte die ELA ihre erste Reihe von Experimenten durch, um die Eutrophierung zu testen. Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von David Schindler, heute Professor für Ökologie an der Universität von Alberta in Edmonton, spannte einen Plastikvorhang durch die Mitte des Sees 226 (jeder See ist nummeriert). Die Forscher gossen Kohlenstoff und Stickstoff in beide Seiten des Sees, versetzten jedoch nur eine Seite mit Phosphor. Bald genug trübte sich die mit Phosphor befleckte Seite mit Algen. Ein Luftbild des Experiments wurde berühmt. Es ist "das mächtigste Einzelbild in der Geschichte der Limnologie", sagte James Elser, ein Biologe von der Arizona State University, im Jahr 2008 (Limnologie ist die Untersuchung von Binnengewässerökosystemen). Das Bild überzeugte die Politik, dass Phosphor kontrolliert werden sollte. In den 1970er Jahren verabschiedeten Regierungen in Kanada und den USA Gesetze zum Verbot von Phosphaten in Detergenzien.

Seitdem haben Forscher die ELA für eine Vielzahl von Experimenten mit hoher Schlagfestigkeit verwendet. Von 1976 bis 1993 gossen Schindler und seine Besatzung Schwefelsäure in den See 223 und stellten fest, dass die Seeorganismen einen niedrigeren Säuregehalt aufwiesen, als er als sicher galt. Von 1999 bis 2007 fügte ein anderes Team dem See 658 Quecksilber hinzu, um zu demonstrieren, wie sich das von Kohlekraftwerken abgesonderte Schwermetall in Nahrungsnetzen ansammeln kann. Von 2000 bis 2003 leiteten Wissenschaftler synthetisches Östrogen in den See 260 ein. Dieses Experiment zeigte, dass das Hormon, das im Urin von Personen, die Antibabypillen einnehmen, ins Abwasser gelangt, männliche Fische zur Entwicklung weiblicher Merkmale veranlasst und schließlich zur Population führt stürzt ab. Insgesamt überzeugten die Untersuchungen die Regierungen, die Wasserqualitätsrichtlinien anzupassen, unterstützten Gesetzesvorschläge und brachten die politischen Entscheidungsträger zum Sprechen.

Die ELA ist der einzige Ort auf der Welt, an dem Wissenschaftler ganze Seen manipulieren und die Folgen beobachten können, oft über Jahrzehnte hinweg, sagt Schindler. Es wurde als „Supercollider der Ökologie“ bezeichnet. Große Experimente am ELA haben die Politik überproportional beeinflusst, sagt Vince Palace, leitender Wissenschaftler am IISD-ELA und einer der Projektleiter für Ölverschmutzungen. Die Wissenschaft beziehe sich eindeutig auf die reale Welt, sagt er.

Eine Brücke zwischen Laborexperimenten und tatsächlichen Ökosystemen zu schlagen, um die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten besser zu verstehen, ist das Brot und die Butter der ELA. Und die laufende Ölpeststudie entspricht genau diesem Erbe. Im vergangenen Sommer füllte ein Forscherteam acht Gehege im Lake 260 mit Öl und ahmte dabei die tatsächlichen Verschmutzungen nach - von kleinen Zwischenfällen bis hin zur Kalamazoo River-Verschmutzung 2010, einer der größten Süßwasser-Verschmutzungen in der Geschichte der USA. Das Team untersuchte, wie sich das Öl durch Wasser bewegte und Organismen wie Käfer, Fische und Amphibien beeinflusste. Sie haben ihre Ergebnisse noch nicht veröffentlicht.

In diesem Sommer haben Wissenschaftler in 18 Gehegen entlang der Küste einen neuen Satz von Verschmutzungen hergestellt. Sobald sie das Öl abgelassen hatten, entfernten sie den Großteil des Öls mit herkömmlichen Reinigungsmethoden, wie dem Aufsaugen des Öls mit Saugpads oder dem Besprühen der Küstenlinie mit Niederdruckwasserschläuchen. Am Ufer und an den Pflanzen gibt es jedoch immer noch Rückstände, sagt Palace. Die Forscher wollen die besten Möglichkeiten finden, um das restliche Öl aufzufüllen. Sie werden eine Vielzahl von Reinigungstechniken testen, darunter Küstenreiniger, natürliche Bakterien und Feuchtgebiete zur Schwimmbehandlung - Inseln von einheimischen Pflanzen, die sich bei Tests in Indien und Pakistan als vielversprechend erwiesen haben.

Experimente wie dieses und andere, die von der IISD-ELA durchgeführt werden, sind überraschenderweise wenig umstritten. Die Leute ärgern sich normalerweise nicht, und die Forscher der Experimental Lakes Area bemühen sich sehr, die Öffentlichkeit über ihre Unternehmungen zu informieren, sagt Palace. Sie halten Informationsveranstaltungen mit verschiedenen Gemeinden in der Nähe des Forschungsgebiets ab und veröffentlichen Aktualisierungen auf ihrer Website sowie in den sozialen Medien. Sie werfen auch keine Chemikalien wohl oder übel in Seen. Die Wissenschaftler müssen den Aufsichtsbehörden nachweisen, dass ihre Experimente keine toxischen Wirkungen auf den Menschen haben oder das nachgelagerte Gewässer beeinträchtigen. Und sie müssen die Seen innerhalb von 10 Jahren in ihren natürlichen Zustand zurückversetzen.

"Einer der wichtigsten Teile eines solchen Projekts ist nicht die eigentliche Beleidigung", sagt Palace. „Es ist die Erholung.“ Jetzt, da das Öl in den Lake 260 gelangt ist, werden die Wissenschaftler in den kommenden Jahren die verschmutzten Bereiche des Ökosystems untersuchen und nach Möglichkeiten suchen, ölverschmutztes Wasser weit über seine Ufer hinaus zu retten.